DE19612021C1 - Leichtbaurad aus Stahlblech für Fahrzeuge - Google Patents

Description

Im Fahrzeugbau werden seit Jahrzehnten große Anstrengungen unternommen, um das Gewicht des Fahrzeuges zu reduzieren. Hierbei kommt vor allem den bewegten Massen, insbesondere den Rädern große Bedeutung zu. Seit langem schon haben die Käufer von Kraftfahrzeugen die Möglichkeit, zwischen einem leichten Rad aus Aluminium und einem schweren Rad aus Stahl zu wählen. Trotz der Vorteile des Aluminiumrades hinsichtlich des besseren Fahrverhaltens des Kraftfahrzeuges und der günstigeren Betriebskosten eines mit Rädern aus Leichtmetall bestückten Kraftfahrzeuges kauft man überwiegend die im Anschaffungspreis wesentlich billigeren Räder aus Stahl.

Die meisten in der Praxis eingesetzten Räder aus Stahl sind aus einer fertig geformten Felge und einer fertig geformten Radscheibe bzw. Radschüssel zusammengeschweißt. Bei einem solchen Rad besteht die Möglichkeit, die Radscheibe bzw. die Radschüssel aus einem Material mit einer größeren Materialstärke zu wählen als das der Radfelge. Der Herstellungsaufwand eines solchen Rades ist aber wegen der separaten Verformung der Radscheibe bzw. der Radschüssel und der Radfelge und das anschließende Zusammenschweißen dieser beiden Teile groß.

Außerdem sind Leichtbauräder aus Aluminium und Stahl bekannt, die aus einer ebenen kreisförmigen Scheibe durch Umformen und Spalten hergestellt sind (DE 34 10 308 A1, DE 32 39 675 C2). Die Herstellung dieser Fahrzeugräder erfolgt in der Weise, daß der äußere Rand der kreisförmigen Scheiben radial in zwei Kreisringe gespalten wird. Diese Kreisringe werden aufgespleißt und aus ihnen die Felge geformt. Bei einem solchen Rad wird der Leichtbauweise also dadurch Rechnung getragen, daß die am stärksten belastete Radscheibe bzw. Radschüssel aus einem dickeren Material und die Felge aus einem dünneren Material besteht. Doch ist trotz der Herstellung eines solchen Rades aus einem einzigen Stück der Herstellungsaufwand wegen des Aufspleißens des äußeren Randes der Kreisscheibe groß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Leichtbaurad für Fahrzeuge zu schaffen, dessen Herstellung möglichst einfach ist.

Diese Aufgabe wird bei der Erfindung mit einem Leichtbaurad gelöst, das aus einer kreisförmigen Stahlblechscheibe durch Kaltumformen hergestellt wird. Dieses Leichtbaurad weist eine Radscheibe bzw. Radschüssel und eine Radfelge, insbesondere für Reifen, auf, wobei die Radscheibe bzw. Radschüssel aus einer ebenen Kreisscheibe und die Radfelge aus einer daran angeschweißten ebenen Kreisringscheibe geformt sind. Die Kreisscheibe und die Kreisringscheibe bestehen aus verschiedenen Blechen, die sich entsprechend der örtlich vorgegebenen Festigkeitsanforderungen in der Materialstärke und/oder der Materialfestigkeit voneinander unterscheiden. Die Bleche können unbeschichtet oder beschichtet, z. B. oberflächenveredelt sein.

Bei dem erfindungsgemäßen Leichtbaurad sind die unterschiedlich stark beanspruchten Teile, nämlich die Radscheibe bzw. die Radschüssel und die Radfelge entsprechend ihrer Beanspruchung im Betrieb unterschiedlich dimensioniert. Eine solche Dimensionierung läßt sich problemlos vornehmen, da die kreisförmige Stahlblechscheibe aus verschiedenen Blechen zusammengeschweißt wird. Es entfällt auch das aufwendige Aufspalten eines äußeren Randbereichs, weil für die Felge von vornherein entsprechend dimensioniertes, insbesondere dünneres Material verwendet werden kann. Die Herstellung ist auch einfach, da von einem einzigen Stück Vormaterial, nämlich der Stahlblechscheibe ausgegangen wird. Das Kaltumformen kann in bewährter Weise durch Tiefziehen, Drücken oder Rollprofilieren erfolgen. Problemen wegen der Schweißnaht beim Umformen oder im Betrieb kann dadurch begegnet werden, daß die Schweißnaht in einem nicht oder in einem gegenüber stark verformten Bereichen geringverformten Bereich liegt. Ein solcher Bereich liegt z. B. unmittelbar neben dem der Radscheibe benachbarten Horn der Radfelge. Vorzugsweise liegt die Schweißnaht auf der Radfelgenseite des Horns.

Eine weitere Maßnahme, Problemen wegen der Schweißnaht zu begegnen, besteht darin, daß die Schweißnaht eine Laserschweißnaht, eine Elektronenstrahlschweißnaht oder eine mit Laserstrahl und Plasmastrahl gleichzeitig erzeugte Schweißnaht ist. Eine solche Schweißnaht zeichnet sich dadurch aus, daß sie sehr schmal ist und durch die Schweißung die Nachbarbereiche in ihrem Festigkeitsverhalten kaum verändert werden. Deshalb sind strahlgeschweißte Formteile besonders für das Kaltverformen geeignet.

Zur Vermeidung eines sprunghaften Übergangs an der Schweißnaht vom dünneren Material auf das dickere Material sollte der an die Schweißnaht angrenzende dickere Bereich bis auf die dünnere Materialstärke verjüngt sein.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer ein Ausführungsbeispiel schematisch darstellenden Zeichnung näher erläutert. Im einzelnen zeigen:

Fig. 1 ein Fahrzeugrad im Querschnitt,

Fig. 2a, b eine kreisförmige Stahlblechscheibe im Querschnitt für die Herstellung eines Leichtbaurades gemäß Fig. 1 in zwei Alternativen und

Fig. 3 ein aus der Stahlblechscheibe gemäß Fig. 2a, b durch Kaltumformen, wie z. B. Tiefziehen oder Drücken hergestellter Topf im perspektivischen Halbschnitt als Zwischenprodukt bei der Herstellung des Rades gemäß Fig. 1.

Bei der Herstellung des Leichtbaurades gemäß Fig. 1 wird von einer ebenen Stahlblechscheibe (Fig. 2a, b) ausgegangen, die aus einer zentralen ebenen Ringscheibe 1 und einer an deren Rand mittels einer Strahlschweißnaht 2 angeschweißten ebenen Ringscheibe 3 besteht. Sowohl die Kreisscheibe 1 als auch die Ringscheibe 3 bestehen aus Stahlblech. Kreisscheibe und Ringscheibe können so zueinander ausgerichtet werden, daß entweder ihre Dickenmittellinien (Fig. 2a) oder ihre Oberflächen (Fig. 2b) in einer Horizontalebene liegen.

Die Kreisscheibe 1 hat eine größere Materialstärke als die Kreisringscheibe 3. Die Kreisscheibe 1 kann allerdings auch die gleiche Materialstärke wie die Kreisringscheibe 3 haben. In diesem Fall wird in der Regel aber die Kreisscheibe 1 aus einem Material größerer Festigkeit als das der Kreisringscheibe 3 bestehen. Entsprechend den örtlichen Beanspruchungen am Leichtbaurad können die Kreisscheibe 1 und die Kreisringscheibe 3 bezüglich der Materialstärken und der Festigkeiten dimensioniert werden. Kombinationen jeder Art sind denkbar.

In einer ersten Verformungsstufe wird die ebene Stahlblechscheibe 1, 2, 3 zu einem Topf entsprechend Fig. 3 insbesondere durch Tiefziehen umgeformt. Bereits bei dieser Umformung kann der Materialsprung an der Schweißnaht 2 durch Verjüngung des an der Schweißnaht 2 angrenzenden Randbereichs der Materialstärke des Kreisringbereichs 3 angepaßt werden. Denkbar ist allerdings auch, daß vor dem ebenen Anschweißen der sich verjüngende Rand erzeugt wird.

In weiteren Verformungsstufen, insbesondere durch Rollprofilieren, wird dann der topfförmige Körper gemäß Fig. 3 in die in Fig. 1 beispielhaft dargestellte Endform des Rades gebracht. Dabei entsteht aus dem Kreisscheibenring 3 der größte Teil der Radfelge 3* und aus der Kreisscheibe 1 die gesamte Radscheibe bzw. Radschüssel 1* sowie ein Felgenhorn. Vor diesen weiteren Umformschritten durch Rollprofilieren oder Drücken, während dieser Schritte oder danach, werden in die Radscheibe bzw. Radschüssel 1* eine mittige Ausnehmung 4 für den Kopf einer Radachse und ein Kranz von Löchern 5 für Radbolzen hergestellt.

Die Gestaltung der Radscheibe bzw. Radschüssel kann dann nach Gesichtspunkten der positiven optischen Wirkung so erfolgen, daß die heute noch gebräuchlichen Kunststoffabdeckungen für die Radschüssel/Radscheibe, die einen beträchtlichen Anteil der Kosten für solche Fahrzeugräder verursachen, entfallen können.

Die Schweißnaht 2 kann, vom Felgenhorn aus gesehen, auf der Seite der Radfelge 3* oder, wie angedeutet, auf der Seite der Radschüssel 1* liegen. Liegt sie auf der Seite der Radfelge 3*, dann ist sie von außen bei aufgezogenem Reifen nicht sichtbar, so daß der optische Eindruck des Fahrzeugrades besonders vorteilhaft ist. Liegt die Schweißnaht dagegen auf der Seite der Radschüssel 1*, so besteht der Vorteil darin, daß der Anteil an dünnem Felgenmaterial am Gesamtrad maximiert und demzufolge auch die Gewichtsersparnis maximiert wird. Einer Wahl der Schweißnahtposition in diesem Sinne sind sicherlich festigkeitsmechanische Grenzen gesetzt, so daß bezüglich der Schweißnahtposition ein Kompromiß hinsichtlich der optischen Wirkung des Rades und einer möglichst großen Gewichtsersparnis gefunden werden muß.

Mit diesem Herstellverfahren können sowohl symmetrische als auch unsymmetrische Felgenprofile erzeugt werden.

Durch die Verwendung von oberflächenveredelten Stahlblechgüten läßt sich eine gute Korrosionsbeständigkeit des Rades sowie eine vorteilhafte optische Wirkung erzielen.

Claims (6)

1. Aus einer kreisförmigen Stahlblechscheibe durch Kaltumformen hergestelltes, eine Radscheibe bzw. Radschüssel (1*) und eine Radfelge (3*) aufweisendes Leichtbaurad für Fahrzeuge, dessen Radscheibe bzw. Radschüssel (1*) aus einer ebenen Kreisscheibe (1) und dessen Radfelge (3*) aus einer daran angeschweißten ebenen Kreisringscheibe (3) geformt sind, wobei die Kreisscheibe (1) und die Kreisringscheibe (3) aus verschiedenen Blechen bestehen, die entsprechend der örtlich vorgegebenen Festigkeitsanforderungen des Leichtbaurades sich in der Materialstärke und/oder Materialfestigkeit unterscheiden.

2. Leichtbaurad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißnaht (2) in einem nicht oder in einem gegenüber einem stark verformten Bereich gering verformten Bereich liegt.

3. Leichtbaurad nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißnaht (2) neben dem der Radscheibe bzw. der Radschüssel (1*) benachbarten Horn der Radfelge (3*) liegt.

4. Leichtbaurad nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißnaht (2) auf der Radfelgenseite des Horns liegt.

5. Leichtbaurad nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißnaht (2) eine Laserschweißnaht ist.

6. Leichtbaurad nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei verschiedenen Materialstärken der Kreisscheibe (1) und der Kreisringscheibe (3) der an die Schweißnaht (2) angrenzende dickere Bereich bis auf die kleinere Materialstärke verjüngt ist.